В книге представлен анализ формирования системы испытаний кооперативных интеллектуальных транспортных систем. Рассмотрены и раскрыты особенности проведения тестирования интеллектуальных транспортных систем в России.
Настоящая книга преследует цель содействовать развитию транспортной инфраструктуры, обеспечивающей внедрение беспилотного дорожного движения, повышения безопасности функционирования интеллектуальных транспортных систем и высокоавтоматизированных транспортных средств.
Книга предназначена для инженерно-технических работников автодорожной отрасли, занимающихся вопросами разработки и внедрения интеллектуальных транспортных систем.
Помимо этого, она будет, безусловно, интересна студентам и аспирантам автомобильно-дорожных институтов.
В условиях высоких темпов развития технологий управления автомобильным транспортом и дорожного хозяйства необходимо учитывать, что одновременно с ростом развития информационных технологий и автоматизированных систем управления в сфере транспорта, растет количество различных угроз в том в области безопасности дорожного движения.
В России сейчас осуществляется разработка большого количества нормативно-технических документов по регулированию процессов создания и развития интеллектуальной дорожной инфраструктуры, внедрения и обеспечения функционирования ИТС. Происходит формирование единой технической политики в сфере создания ИТС на автомобильных дорогах общего пользования.
Учитывая накопленный в целом по стране опыт использования информационных систем на транспорте, назрела необходимость формирования единого подхода в области испытаний ИТС, определяющего национальные правила формирования, технического регулирования, контроля и развития рынка ИТС-технологий.
Содержание
Обозначения и сокращения
Введение. 10
1 Зачем нужны испытания?. 15
2 Ключевые трансформации, происходящие в ИТС.. 19
2.1 Развитие цифровых технологий. 19
2.2 Технические барьеры по внедрению ИТС и пути их решения. 28
2.3 Национальная сеть ИТС.. 37
2.4 Цифровая инфраструктура кооперативных ИТС.. 42
3 Задача и роль Государства в развитии испытаний ИТС.. 45
4 Зарубежная и отечественная стандартизация в области испытаний ИТС.. 48
4.1 Зарубежная стандартизация в области испытаний ИТС.. 48
4.1.1 Рынок стандартизации. 48
4.1.2 Международная организация по стандартизации (ISO) 51
4.1.3 Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) 53
4.1.4 Европейский комитет по стандартизации (CEN) 55
4.1.5 Управление стандартизации Китайской Народной Республики (SAC) 78
4.2 Отечественная стандартизация в области испытаний ИТС.. 83
4.3 Проблемы стандартизации испытаний ИТС.. 98
4.4 Проблемы в области связи. 100
4.5 Проблемы информационной безопасности и приватности. 106
5 ИТС-полигоны. Зарубежный и отечественный и опыт формирования системы испытаний ИТС. 110
5.1 Испытательные полигоны США.. 110
5.1.1 Испытательный полигон Mcity. Мичиган. 113
5.1.2 Американский центр мобильности. Мичиган. 115
5.1.3 Испытательный полигон Waymo. Калифорния. 118
5.1.4 Испытательный полигон Almono Uber. Пенсильвания. 120
5.2 Испытательные полигоны Европейского Союза. 123
5.2.1 Проект C-Roads 125
5.2.2 Проекты консорциума 5G-MOBIX.. 130
5.3 Испытательные полигоны Южной Кореи. 136
5.4 Испытательные полигоны Японии. 139
5.5 Испытательный полигон Сингапура. 140
5.6 Испытательные полигоны Китая. 142
5.6.1 Испытательный полигон Apollo Park. Пекин. 149
5.6.2 Испытательные полигоны в Шанхае. 153
5.6.3 Национальные испытательные зоны в Шэньчжэне и Чанше. 156
5.6.4 Испытательный полигон Donghai (Bosch) 158
5.7 Анализ зарубежного опыта в части построения полигонов и испытаний кооперативных ИТС.. 161
6 Отечественные полигоны и тестовые зоны.. 164
6.1 Прошедшие за последние годы проекты по испытаниям ИТС и попытки по их формированию в России. 164
6.2 Текущие и перспективные проекты по испытаниям ИТС в России. 168
6.2.1 Основные отечественные нормативно-правовые документы в части испытаний ИТС.. 168
6.2.2 Центр Испытаний «НАМИ». 170
6.2.3 Полигонно-тестовый комплекс МАДИ «Умная дорога». 172
6.2.4 Полигон в технопарке «Калибр». 173
6.2.5 Сколково. 175
6.2.6 Университет Иннополис. 177
6.2.7 Полигон Яндекса. 179
6.2.8 Пилотная зона «Умная дорога» в Самарской области. 180
6.2.9 Пилотная зона кооперативных ИТС на ЦКАД.. 181
6.2.10 Полигон на автодороге Казань-Оренбург км 0+415 в г. Казань. 182
6.2.11 Испытания «СберАвтоТех». 185
6.2.12 Специальная зона для тестирования роботов и беспилотных грузовиков в Нижегородской области. 187
6.2.13 Развертывание сетей V2X на общественном транспорте в Санкт-Петербурге 189
6.2.14 Пилотная зона ИТС на территории Республики Татарстан в Алабуге. 191
6.2.15 Проект «Беспилотные логистические коридоры» на автомобильной дороге М-11 «Нева». 192
7 Организация испытаний. 195
7.1 Общая классификация. Виды испытаний. 195
7.2 Принципы создания комплексных испытательных полигонов. 200
7.3 Типовые способы проведения испытаний. 202
7.4 Источники неопределенностей при проведении испытаний. 204
8 Общий подход к проведению испытаний ИТС.. 208
8.1 Цели создания полигонов/тестовых зон. 208
8.2 Испытательный полигон ИТС.. 216
8.2.1 Опытная эксплуатация испытательных полигонов. 216
8.2.2 Сервисы V2X.. 218
8.2.3 Базовый состав испытательного полигона ИТС.. 220
8.2.3.1 Сервисная V2X-платформа. 221
8.2.3.2 Динамическая цифровая карта дорожного движения (ДЦКДД) 227
8.2.3.3 Элементы телекоммуникационной инфраструктуры.. 239
8.2.3.4 Техническое оснащение ВАТС.. 240
8.2.3.5 Мобильные приложения. 245
8.2.3.6 Центр управления испытательных комплексов. 247
8.3 Определение основных сценариев испытаний кооперативных ИТС.. 249
9 Имитационное моделирование при проведении испытаний ИТС.. 286
10 Лабораторная база. 288
11 Компетенции для испытаний ИТС.. 291
12 Подводя итоги. 293
Список использованных источников. 295
Наука имеет свои странности. Сначала исследователь ценит те явления, которые связываются законом; когда же закон установлен, исследователь начинает ценить исключения из него, так как только они обещают ему нечто новое.
«Искатели» Даниил Гранин
Введение
Доступная и интересная научная литература помогает прогрессу не тормозить и двигаться вперёд. К сожалению, в России интерес к науке не постоянен, он регулярно переживает взлёты и падения.
С огромной благодарностью, вспоминаю своего отца, который в школьные годы подарил серию книг Якова Перельмана. Я помню свой восторг при посещении книжных магазинов «Техническая книга» на Пушкинской улице и «Академкнига» на Литейном проспекте тогда еще в Ленинграде.
Будучи подростком, я трепетно открывал там свежие издания, перелистывал страницы, предвкушая новые эмоций от их шороха и загадочных иллюстраций. Мне казалось, что именно они дают реальную возможность, приобщится к разгадке тайн устройства если не вселенной, то точно человечества.
Однако после распада СССР в нашей стране научно-популярная литература практически перестала существовать. Выжившие профильные журналы сократили тиражи в сто раз, а научные книги оказались никому не нужны.
Сейчас с ростом цифровизации роль науки в жизни людей, и особенно в транспортной сфере, резко выросла. Стало очевидным, что существующая классическая система высшего образования не успевает за прогрессом.
Многие технологии просто врываются в наш жизнь, ломая сложившиеся вековые устои и прежде всего, рушат их флагман цифровой экономики — искусственный интеллект[1]. Крайне важно, чтобы системы искусственного интеллекта оставались под контролем человека и были надежными и прозрачными.
Именно в период инноваций, как правило, возникает всплеск запросов на самообразование, и обществу требуется доступная научная и техническая литература.
Жаждущим реальных знаний приходится самим переводить статьи из иностранных источников. Отечественной научной и научно-популярной литературы становится крайне мало.
За последние годы произошли важные изменения:
- появились очень мощные и относительно дешёвые компьютеры, которые позволили превратить нейронные сети в эффективный инструмент;
- мир накопил доступные колоссальные массивы различных данных, которые очень важны для обучения нейронных сетей.
Становится очевидным, что искусственный интеллект превращается в технологию уникальной значимости.
Применение искусственного интеллекта неразрывно связано с интеллектуальными транспортными системами (далее - ИТС) и интенсивное развитие технологий искусственного интеллекта уже сейчас позволяет делать первые, может быть ещё робкие шаги, в направлении адаптивного управления транспортными потоками.
К ИТС не стоит относиться как к панацее от транспортного коллапса, но как отделить реальные возможности технологии от пиарного шума вокруг (особенно в контексте организации безопасного движения в беспилотном режиме) и может ли использование технологий, применяемых в ИТС и высокоавтоматизированном транспорте в ближайшее время дать реальный экономический и социальный эффект?
Искусственный интеллект уже сейчас используется в исследованиях для повышения безопасности движения высокоавтоматизированных транспортных средств (далее – ВАТС), движущихся в беспилотном режиме. С помощью алгоритмов искусственного интеллекта и передовых методов моделирования обеспечивается генерация массивов данных датчиков, которые имитируют различные условия и участников движения – повороты, уклоны гололедицу, светофорные объекты, пешеходов, автомобили, велосипедисты и т.д.
Однако организация безопасного и эффективного[2] движения высокоавтоматизированного транспорта невозможна без опоры на информацию, получаемую от интеллектуальной дорожной инфраструктуры. Синергия возможностей интеллектуальной транспортной системы и бортового оборудования автомобиля, объединённые возможностями искусственного интеллекта, приведёт к более безопасному и экономному движению транспортного средства.
Однако не все так гладко — уже сейчас должны быть определены основные подходы технического и социального контроля над искусственным интеллектом. Увы, и у современных ИТС есть темные стороны. Они создают определенные и реальные опасности, как для отдельных людей, так и для общества в целом: прежде всего отсутствие прозрачности при формировании управляющего воздействия со стороны искусственного интеллекта. Никто в точности не знает, как он работает, а ведь большинство алгоритмов разрабатываются частными компаниями, главная цель которых – извлечение прибыли. Стоит задуматься…
Современный искусственный интеллект, по сравнению с человеком способен, решать пока только ограниченный и предопределенный класс задач. Погодные условия, разный стиль вождения, распознавание образов – все это должно учитывается искусственным интеллектом, и входить в сценарии управления движением ВАТС.
Предоставление алгоритмам обработки информации серьезной роли в реальной жизни людей пока сопряжено с большими рисками.
Тем не менее, развитие ИТС востребовано и в настоящее время является, пожалуй, единственным действенным средством организации комфортного движения автомобильного транспорта в условиях плотной (особенное исторической) городской застройки. При этом наибольший интерес, безусловно, представляют кооперативные ИТС[3].
Являясь частью интеллектуальных транспортных систем, кооперативные ИТС (К-ИТС, C-ITS) охватывают группу технологий и приложений, которые обеспечивают эффективный обмен данными с помощью технологий беспроводной связи между компонентами и участниками транспортной системы, очень часто между транспортными средствами или между транспортными средствами и инфраструктурой.
В марте 2018 года Элейн Херцберг скончалась после того, как ее сбил беспилотный автомобиль, который испытывала группа Uber (ATG)[4] в американском штате Аризона. Это первый известный случай гибели человека в результате столкновения с автономным транспортным средством, и этот инцидент поднял вопросы о регулировании индустрии беспилотных автомобилей. По мнению некоторых экспертов, аварии со смертельным исходом мог бы избежать водитель-человек[5].
Таким образом должны быть выработаны и апробированы оптимальные способы обеспечения рационального и безопасного сосуществования человека и роботов в самом широком их понимании.
Снижая вовлеченность водителя в процесс управления, системы автоматизации провоцируют его переключить внимание на другие действия (чтение, просмотр различного контента, общение с пассажирами или по телефону, сон и т.д.). Необходимо обеспечить либо постоянную вовлеченность водителя, либо полностью освободить его от задач управления, что может быть достигнуто уже в настоящее время при поддержке интеллектуальной транспортной системы.
Интеллектуальная транспортная система должна быть способна обеспечить максимальную ситуационную осведомленность ТС. Право самостоятельного принятия решения может быть ограничено в установленном законом случае при наличии соответствующей технической возможности со стороны ИТС.
Именно поэтому государство должно обладать возможностью (как технической, так и правовой) тестировать любые системы, где применяется искусственный интеллект и, в частности, ИТС.
Открытое тестирование, проверки и испытания – это основа для формирования адекватной и обоснованной регуляторной базы, которая поможет минимизировать потенциальные риски развития и внедрения искусственного интеллекта, в том числе в транспортной сфере.
Эта книга дает представление об общих подходах к научно-методическому обеспечению контроля функциональных параметров кооперативных ИТС, при проведении полигонных и натурных испытаний. Дает возможность стать чуть ближе к разгадке тайн в области ИТС, осознать, как сложно устроен их мир и на какие чудеса он способен.
1 Зачем нужны испытания?
Люди вынуждены постоянно изучать мир, в котором они существуют. Без проведения проверки всего и вся человечество не может существовать.
Интерес к изучению природы у человека появился еще в глубокой древности. Волей-неволей, а задумаешься о том, какое копье лучше взять на охоту, из какого дерева лучше делать стрелы для лука и спасет ли твоя одежда от когтей дикого животного. Ведь от того, как правильно ты сделаешь выбор, напрямую зависит твоя жизнь.
Вопрос о необходимости систематизировать полученные знания стоял всегда. Сегодня человечеству приходится использовать знания из разных наук, таких как математика, физика, робототехника, электроника, информатика и т.п.
Современные испытания проводят с целью получения сведений, необходимых для принятия решения о соответствии предмета испытаний заданным требованиям. Иногда испытания проводят с научными целями, с целью изучения предмета, с целью установления цены изделия или системы.
В России сложился уже и официальный термин.
Справочно.
Испытания - Экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий[6].
Характеристики свойств объекта при испытаниях могут оцениваться, если задачей испытаний является получение количественных или качественных оценок. А могут контролироваться, если задачей испытаний является только установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям. В этом случае испытания сводятся к контролю. Поэтому ряд видов испытаний являются контрольными, в процессе которых решается задача контроля.
Важнейшим признаком любых испытаний является принятие на основе их результатов определенных решений.
Другим признаком испытаний является задание определенных условий испытаний (реальных или моделируемых), под которыми понимается совокупность воздействий на объект и смена режимов функционирования объекта.
Одним из очень важных направлением испытаний является испытания кооперативных ИТС.
Очень остро стоит вопрос о разработке научно обоснованных предложений по установлению требований к дорожно-транспортной инфраструктуре, необходимой для обеспечения безопасного движения ВАТС, и порядка взаимодействия ВАТС с указанной интеллектуальной инфраструктурой.
Считается, что безопасное функционирование ВАТС достигается путем выполнения следующих задач:
- обеспечения ситуационной осведомленности ВАТС;
- обеспечения оптимального перераспределения транспортных потоков;
- управления ВАТС в различных нештатных ситуациях;
- решения конфликтных ситуаций на стратегическом уровне управления транспортными потоками ВАТС;
- поддержки автоматической системы управления дорожным движением для ВАТС, эксплуатирующихся в беспилотном режиме;
- доступа пользователей ВАТС к пользовательским сервисам цифровой модели дорог.[7]
Использование интеллектуальной инфраструктуры может не только обеспечить безопасность движения ВАТС на автомобильных дорогах общего пользования, но и позволить выстроить эффективные стандарты взаимодействия всех участников процесса эксплуатации ВАТС и оказания транспортных, логистических услуг.
Для отработки взаимодействия «умных» автомобилей с интеллектуальной инфраструктурой и другими автомобилями создаются новые испытательные полигоны и пилотные зоны.
Справочно.
Испытательный полигон — территория и испытательные сооружения на ней, оснащенные средствами испытаний и обеспечивающие испытания изделий в условиях, близких к условиям их эксплуатации[8].
Никто не согласится пустить на свои дороги ВАТС, которые будут критически замедлять трафик и не обеспечивать безопасность дорожного движения. Поэтому нужно вводить элементы искусственного интеллекта.
С учетом ожидаемого в ближайшем будущем массового появления на автомобильных дорогах ВАТС необходимо определить возможные угрозы, спроектировать их модели дестабилизирующие транспортные сети, чем больший объем разных дорожных ситуаций будет отработан на полигонах в тестовом режиме, тем более безопасным будет движение на дорогах общего пользования.
Интеллектуальная транспортная система также должна пройти процедуру подтверждения соответствия установленным требованиям в соответствии с действующим законодательством о проведении комплекса мероприятий по защите и проведению аттестационных испытаний государственных информационных систем на соответствие требованиям информационной безопасности.
Тестирования этих решений и конфигураций, а также проверка функциональной совместимости между различными системами и компонентами ИТС (включая движение ВАТС в беспилотных режимах) возможно только на полигонах (пилотных зонах) ИТС.
Информация об испытаниях ИТС дает реалистичную картину технологических возможностей и требований к ним. Сочетание архитектуры ТС со спецификациями придорожной инфраструктуры с поддержкой высокоскоростных сетей связи как информация представляет существенный интерес для автомобильной промышленности и операторов автомобильных дорог.
Испытания дают возможность для обоснованного анализа нормативно-правовой и нормативно-технической базы ВАТС, например, требования к инфраструктуре, правила взимания платы за роуминг, аспекты конфиденциальности данных и безопасности.
А также выполняется всесторонняя предварительная оценка затрат, связанных с внедрением ИТС, оцениваются порядок формирования стоимости и возникающие новые бизнес-модели, возможные инвестиции, необходимые для поддержки передовых направлений ИТС.
[1] Искусственный интеллект; ИИ: Комплекс технологических решений, позволяющий имитировать когнитивные функции человека (включая самообучение, поиск решений без заранее заданного алгоритма и достижение инсайта) и получать при выполнении конкретных практически значимых задач обработки данных результаты, сопоставимые, как минимум, с результатами интеллектуальной деятельности человека. [ГОСТ Р 59277-2020, пункт 3.18]
[2] Под эффективным движением здесь понимается движение грузового и пассажирского транспорта на максимально возможных скоростях, без нарушения правил дорожного движения (например, на автомагистралях – 90 км/час)
[3] Кооперативные интеллектуальные транспортные системы/К-ИТС (cooperative-its/c-its): Подмножество общих интеллектуальных транспортных систем, которое передает и обменивается информацией между станциями интеллектуальных транспортных систем для предоставления, обмена или получения данных и рекомендаций или оказания услуг с целью повышения безопасности, устойчивости эффективности и комфорта за рамками автономных систем [ПНСТ 460-2020 Интеллектуальные транспортные системы. Кооперативные интеллектуальные транспортные системы. Часть 1. Роли и ответственность в контексте архитектуры кооперативных интеллектуальных транспортных систем]
[4] Uber (Убер) — американская международная публичная компания из Сан-Франциско
[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Self-driving_car#Anticipated_Level_2
[6] ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.
[7] Распоряжение Правительства РФ от 25 марта 2020 г. № 724-р О Концепции обеспечения безопасности дорожного движения с участием беспилотных транспортных средств на автомобильных дорогах общего пользования.
[8] ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.
К сожалению Платформа дзен не позволяет полностью выложить данную книгу.
Если Вам интересна эта тема скачать книгу можно на следующих ресурсах: